JPH0848707A - 低下したヒステリシスを示すエラストマー類と製品およびそれらの製造方法 - Google Patents
低下したヒステリシスを示すエラストマー類と製品およびそれらの製造方法Info
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Abstract
ジイソプロペニルベンゼン(b)との反応生成物(2)
と有機リチウム化合物(1)との反応生成物を用いて生
じさせたアニオン開始剤系をアニオン重合の開始で用い
ることで、ポリマー鎖の頭部に組み込まれた複素環式官
能部位を有するエラストマー状ポリマーを製造する。低
下したヒステリシスを示す官能化されたポリマー類およ
びエラストマー状ゴム類を製造する方法も提供する。 【効果】 これらのポリマー類をコンパンド化すると、
これらのコンパンドは、通常に製造されたポリマー類に
比較して低下したヒステリシスを示す。
Description
モノマー類をアニオン重合させて各ポリマー鎖の開始末
端に複素環式第三アミン基を有するポリマーおよびコポ
リマーのエラストマー類を生じさせることに関する。よ
り詳細には、本発明は、ジイソプロペニルベンゼンを逐
次的に複素環式第二アミンに続いて有機リチウム化合物
と反応させることによって生じさせたアニオン開始剤系
を用いて、低下したヒステリシス特徴を示すジエンポリ
マー類およびコポリマー類を製造することに関する。
ら製造した物品、例えばタイヤ、パワーベルトなどは、
向上した反発弾性を示すと共に低下した転がり抵抗を示
し、そして機械応力運転の間、低い熱蓄積を示す。
ーのコンパンドを製造するのが望ましい。このようなエ
ラストマー類をコンパンド化して物品、例えばタイヤ、
パワーベルトなどを生じさせると、それらの反発弾性が
向上すると共に転がり抵抗が低下し、そして機械応力が
かかった時、低い熱蓄積を示す。
前の試みには、選択的反応性を示す促進剤の存在下で充
填材−ゴム混合物を高温混合することによってコンパン
ド化用材料の補強を助長すること、コンパンド化用材料
の表面酸化を生じさせること、テトラメチルジアミノベ
ンゾフェノン(Michlerのケトン)、錫カップリ
ング剤などを用いてポリマー類の停止末端を化学的に修
飾すること、並びにそれらの上を表面グラフト化するこ
となどが含まれいた。これらのアプローチは全て、エラ
ストマーとコンパンド化用材料との間の相互作用を高め
ることを焦点にしたものであった。
ンパンドの補強用充填材として用いるカーボンブラック
をそのゴム全体に渡って充分に分散させる必要があるこ
とも認識されていた。このような認識の1つの例が、公
開されたヨーロッパ特許出願公開第0 316 255
A2号の中に与えられており、ここには、ハロゲン化
ニトリル、複素環式芳香族の窒素含有化合物または安息
香酸アルキルなどの如きキャッピング剤と金属末端を有
するポリジエンとを反応させることによってポリジエン
類のエンドキャッピング(end capping)を
行う方法が開示されている。加うるに、この出願には、
官能化された開始剤、例えばリチウムアミド類などを利
用することでポリジエン鎖の両末端を極性基でキャップ
することができることが開示されている。
53,159号には、置換アルジミン類、ケチミン類お
よび第二アミン類から成る群から選択される官能化剤
(functionalizing agent)と有
機リチウム化合物との反応生成物を用いて生じさせたア
ニオン重合開始剤が開示されている。これらの開始剤
は、そのポリマー鎖の開始剤末端の所に官能部位を有す
る、低下したヒステリシスを示すエラストマーポリマー
類を製造する目的で用いられているが、しかしながら、
この開始剤を用いると、望ましくない副作用がもたらさ
れる。これらの官能化剤を用いると窒素原子の所で重合
が始まることから、初期速度が遅いと共に停止反応が起
こることで望ましくない分枝の生成が助長される。更
に、このように窒素原子の所で始まる重合を用いる場
合、副反応を制限するにはより低い反応温度を維持する
必要があることから、利用できる重合技術はバッチ式の
みである。
式官能末端基を有するポリマー鎖を向上した開始率でも
たらす開始剤を用いたアニオン重合方法を提供すること
にある。
の結果として生じる活性末端基を有する官能化されたポ
リマー類を提供することにある。
有する官能化されたポリマー類を半バッチ式および連続
商業方法で製造する方法を提供することにある。
テリシスを示す加硫性エラストマーコンパンドを提供す
ることにある。
リシスを示す加硫性エラストマーコンパンドを製造する
方法を提供することにある。
抵抗を示す改良された空気入りタイヤを提供することに
ある。
明を用いて、上記目的および以下の明細から明らかにな
るであろう他の目的と共に現存技術に対するそれらの有
利さを達成する。
ノマー類が1種以上入っている溶液を生じさせた後、開
始剤を用いてこのモノマー類の重合を開始させる段階を
通して、官能化されたポリマー類を製造する方法に関す
るものであり、この開始剤は、複素環式第二アミンとジ
イソプロペニルベンゼン(DIPB)とを反応させるこ
とによって生じさせた前駆体である官能化剤(2)と有
機リチウム化合物(1)との反応生成物の形態にあり、
ここでは、この反応生成物から誘導される官能基がその
ポリマー鎖の開始剤末端の所に組み込まれ、そしてクエ
ンチングを行う前のポリマーは、もう一つの末端にその
有機リチウム化合物由来のリチウム原子を持っている。
本発明の方法では、開始剤末端の所に官能基Xを持って
いるポリマー鎖を有する官能化されたポリマー類が生
じ、ここでの官能基Xは、有機リチウム化合物と前駆体
である官能化剤との反応生成物であるX−Liから誘導
される基であり、そしてここでは、ジイソプロペニルベ
ンゼン(DIPB)と、第二アミンの窒素原子を環原子
として有する複素環式環含有化合物とを、予め反応させ
ることによってこの前駆体である官能化剤を生じさせて
おく。この官能化されたポリマーのポリマー鎖は、クエ
ンチングを行う前、このポリマー鎖が有するもう一つの
末端、即ちリビング末端の所に、上記有機リチウム化合
物由来のリチウム原子を有している。
を示す加硫性エラストマーポリマーを製造することがで
きる。このエラストマーポリマーは、開始剤末端の所に
官能基X[ここで、X−Liは、第二アミン由来の環の
中に窒素原子を含んでいる複素環式環とDIPBとを反
応させることによって生じさせた前駆体である官能化剤
と有機リチウム化合物との反応生成物である]を持って
いる鎖を有しており、そしてこの反応生成物由来のリチ
ウム原子がそのポリマーのリビング末端に付いているこ
とで、クエンチングを行う前のポリマー鎖は、このポリ
マー鎖が有するもう一つの末端にリチウム原子を持って
いる。追加的に、このエラストマーポリマーを、このポ
リマー100重量部当たり約5から80重量部のカーボ
ンブラックとブレンドする。
ー組成物が入っていると共にこのポリマー100重量部
当たり約5から80重量部の量でカーボンブラックが入
っているゴムストックを用いて、低下した転がり抵抗を
示す改良されたタイヤトレッド、サブトレッド、ボディ
ープライ、サイドウォールおよび他のタイヤ部品を単独
か或は組み合わせて製造する。
であろうように、本発明では、ジエンホモポリマーおよ
びコポリマーのエラストマー類のアニオン重合を行うに
適した新規開始剤を提供する。これらの開始剤を用いて
製造したポリマー類は、末端基として第三アミン含有複
素環式環を含んでいる。これらの化合物を用いて製造し
た加硫性エラストマーコンパンドおよび物品は、有効な
特性を示す、特に低下したヒステリシスを示す官能末端
ポリマー類を含んでいる。ヒステリシスは、外部作因で
変化した特性がその変化の原因が取り除かれた時それの
元の値に戻ることの欠乏として一般に知られている。コ
ンパンド化してタイヤ、パワーベルトなどの如き製品を
製造する時、これらのポリマー製品は、向上した反発弾
性と低下した転がり抵抗を示すと共に、機械的応力がか
かっている間、低い熱蓄積を示す。
り、そして複素環式環含有第二アミンとジイソプロペニ
ルベンゼン(DIPB)とを反応させることによって生
じさせた前駆体である官能化剤(2)と有機リチウム化
合物(1)とを反応させることによって、この開始剤を
生じさせる。この有機リチウム化合物は一般式RLiで
表され、ここで、Rは、1から約20個の炭素原子を有
するアルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニ
ル、アリールおよびアラルキル、並びにジオレフィンと
ビニルアリールモノマー類から得られる単位数が約25
以下の短鎖長で低分子量のポリマー類、から成る群から
選択される。典型的なアルキルにはn−ブチル、s−ブ
チル、メチル、エチル、イソプロピルなどが含まれる。
シクロアルキルにはシクロヘキシル、シクロペンチルな
どが含まれる。アルケニルにはアリル、ビニルなどが含
まれる。アリールおよびアラルキル基にはフェニル、ベ
ンジル、オリゴ(スチリル)などが含まれる。例となる
短鎖長ポリマー類にはオリゴ(ブタジエニル)類、オリ
ゴ(イソプレニル)類、オリゴ(スチリル)類などが含
まれる。
複素環式環含有第二アミンは、環の中に第二アミン基を
1個のみ含んでいる如何なる複素環式化合物であっても
よいが、但し、この複素環式化合物は、この第二アミン
以外、リチウムもしくはDIPBに反応性を示す置換基
を含むことができないことを条件とする。本発明で有効
な代表的複素環式環化合物は式(I):
NHは、第二アミンの窒素原子が環原子として含まれて
おりそしてリチウムもしくはアルキレン基に反応性を示
す置換基または未置換環原子が複素環式環に含まれてい
ない複素環式環化合物いずれかを表している。この式
(I)で表される複素環式化合物には、これらに限定す
るものでないが、モルホリン、チオモルホリン、N−
(低級アルキル)−ピペラジン、N−アリール−ピペラ
ジン、1−(2−ピリジル)ピペラジン、ピロール、3
−ピロリン、ピラゾール、イミダゾール、イミダゾリ
ン、インドール、インドリン、プリンおよびアザシクロ
アルカン類などが含まれる。R1は、好適には、−(C
H2)2−O−(CH2)2−;−(CH2)2−S−(CH
2)2−;−(CH2)2−NR2−(CH2)2−;または
−(CH2)p−であり、ここで、pは、3から約20、
好適には4から12の整数である。好適には、窒素原子
と結合して全体で4から21個の環原子、好適には5か
ら13個の環原子を有するアザシクロアルカン複素環式
環を生じるメチレン基から、このR1基を生じさせる。
この式(I)で表される複素環式環化合物は、リチウム
またはDIPBに反応性を示さない置換基R2の1個以
上、好適には1個から4個で任意に置換されていてもよ
く、この置換基には、これらに限定するものでないが、
アルキル基およびシクロアルキル基、例えばメチル、エ
チル、プロピル、ブチル、オクチル、シクロヘキシルな
ど、或はアリール基、アルコキシ基、アルコキシアルキ
ル基、アリールアルキル基などが含まれる。例となるア
ザシクロアルカン類は、HN(CH2)5、即ちピペリジ
ン、HN(CH2)4、即ちピロリジン、HN(C
H2)6、即ちヘキサメチレンイミン、およびHN(CH
2)12、即ちドデカメチレンイミンである。他の好適な
複素環式第二アミン類にはモルホリンおよびN−メチル
−ピペラジンが含まれる。
I):
Rf基の2つはイソプロペニル基であり、そして残りの
Ra−Rf基の各々は、独立して、水素であるか、或は1
から6個の炭素原子を有するアルキルまたはシクロアル
キル基である]で表されるジイソプロペニルベンゼン
(DIPB)と反応させる。
構造(III):
体である官能化剤の生成をもたらす。好適には、このD
IPBと複素環式第二アミンとを少なくとも1:1の比
率で反応させ、その結果として、このDIPB上に存在
しているペンダント型の第二イソプロペニル基を反応さ
せないまま残存させて、次の有機リチウム化合物との反
応で用いる。さらなる精製を行うことなしにこの前駆体
である官能化剤を用いる場合、好適には非プロトン溶
媒、例えばヘキサン内でこの官能化剤の生成を行う。ま
た、更に使用する前にこの前駆体である官能化剤の精製
を行ってもよい。
とジイソプロペニルベンゼン(式II)とを反応させる
ことによって前駆体である官能化剤を生じさせた後、
(2)段階(1)で生じさせた前駆体である官能化剤
(式III)とRLiとを反応させることで、式(I
V):
してR1−N複素環式基は、式(I)で表される複素環
式環化合物から第二アミノの水素(R1−NH)を除去
した後残存する基である]で表される如き官能化剤であ
るX−Liを生じさせる。
ノマー類を重合させることで、「リビング(livin
g)ポリマー類」を生じさせる。この官能化剤X−Li
の官能化基Xを含んでいる「リビングポリマー」の一般
式は、式(V): (V) X−ポリマー−Li で表され、ここで、このポリマーは、上に示したジエン
ホモポリマー類、モノビニル芳香族のホモポリマー類、
ジエン/モノビニル芳香族のランダムコポリマー類およ
びブロックコポリマー類のいずれかであり、そしてX
は、リチウム原子がモノマー類の重合を開始させてその
官能化剤から離れた後に残存している、この官能化剤由
来の基、即ち官能化基であり、これは移動してそのポリ
マー鎖に沿って運ばれる。このリチウムは、重合が継続
している間、その成長している鎖に沿って動く。本明細
書の上に示したように、その成長するポリマー鎖のもう
一つの末端がその反応生成物X由来のリチウム原子をこ
の反応をクエンチするまで持っていることは明らかであ
ろう。
剤であり、これの製造は、本発明に従い、その前駆体で
ある官能化剤を無水の非プロトン溶媒、例えばヘキサン
などの中に入れた溶液を製造することを通して実施可能
である。次に、この溶液に、同じか或は同様な溶媒に入
れた有機リチウム触媒(RLi)を加える。この前駆体
である官能化剤とRLiとを適当な時間、例えば25℃
で24時間か或は50℃で20分間反応させるが、その
後の触媒は使用の準備ができている。アニオン重合を同
じか或は匹敵する溶媒の中で実施する限り、上記溶媒を
除去する必要はない。上記2種反応体の量は、1.0ミ
リモルの有機リチウム触媒に対して約0.2から3.0
ミリモルの前駆体官能化剤から成る範囲であり、等モル
が好適である。多様な反応温度および時間を用いること
ができ、そしてそれらも本発明の範囲内に入ることを、
本分野の技術者は理解するであろう。
剤の量は、望まれているポリマーの種類に依存してい
る。有効な開始剤レベルは、この重合系に仕込むモノマ
ー100g当たり通常約0.25から100、好適には
0.50から2.0ミリ当量の有効リチウムから成る範
囲である。有効リチウムは、水などの如き不純物と反応
した後、ポリマー鎖を開始させてそれを成長させる能力
を有するリチウムの量である。
して働き、そしてこれを、アニオン的に重合する全ての
ポリマー、例えばポリブタジエン、ポリイソプレンなど
の如きポリジエン類、およびそれらとモノビニル芳香
族、例えばスチレン、アルファ−メチルスチレンなどか
或はトリエン類、例えばミルセンなどとのコポリマー
類、並びに有機リチウムのアニオン開始剤で重合を生じ
得ることが知られている他のポリマー類、例えばポリエ
チレン、ポリ(ビニル芳香族炭化水素)類、例えばポリ
スチレンなどの製造で開始剤として用いる。従って、こ
のようなエラストマー類には、ジエンのホモポリマー
類、並びにそれらとモノビニル芳香族モノマー類とのコ
ポリマー類が含まれる。例となるジエンホモポリマー類
は、4から約12個の炭素原子を有するジオレフィンモ
ノマー類から製造されるホモポリマー類である。例とな
るビニル芳香族ポリマー類は、8から約20個の炭素原
子を有するモノマー類から製造されるポリマー類であ
る。好適なポリマー類は、ポリブタジエンおよびポリイ
ソプレンなどの如きジエンホモポリマー類、およびスチ
レンブタジエンゴム(SBR)などの如きコポリマー類
を含むエラストマー類である。ポリマー類およびコポリ
マー類は、ジエン単位を約100から30重量%そして
モノビニル芳香族炭化水素またはトリエン単位を約0か
ら70重量%含んでいてもよく、全体で100%であ
る。本発明のポリマー類およびコポリマー類が示す1,
2−ミクロ構造含有量は約8から約100%の範囲にな
る可能性があり、好適なポリマー類またはコポリマー類
が示す1,2−ミクロ構造含有量は約10から70%で
あり、この含有量は、ジエン含有量を基準にした含有量
である。
野で知られているように、このポリマー類を生じるモノ
マー類を同時に共重合させてAとBのモノマー類をラン
ダムに分布させることで得られる、ランダムなコポリマ
ー類である。本技術分野で知られているように、B−A
−Bポリマー類を生じるモノマー類を個別に重合させる
ことによってブロックコポリマー類、例えばポリ(b−
B−b−A−b−B)が得られる。ポリ(スチレン−ブ
タジエン−スチレン)を含む上記ブロックコポリマー類
は熱可塑性を示すエラストマー類である。
ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、テトラヒドロフ
ランなどの中で重合を実施する。バッチ式、半バッチ式
および連続重合などの如き重合技術を用いることができ
る。本発明の新規な開始剤はブタジエン、イソプレンお
よびスチレンを半バッチ式および連続重合させるに特に
有効性を示す、と言うのは、窒素原子から始まる開始を
示す開始剤またはリチウムアミド類が用いられていた従
来の技術では、一般に、全モノマー類が重合する前に自
己停止が起こる重合がもたらされていたからである。
ことで、共重合におけるランダム化を助長すると共にビ
ニル含有量を高めることができる。その量は、リチウム
1当量当たり0から90当量以上の範囲である。この量
は、改質剤の種類、望まれるビニルの量、用いるスチレ
ンのレベル、重合温度、並びにこの開始剤を生じさせる
目的で選択した前駆体である官能化剤などに依存する。
合物であり、これらには、酸素または窒素のヘテロ原子
を有していると共に結合していない電子対を有している
化合物が含まれる。その例には、モノおよびオリゴアル
キレングリコール類のジアルキルエーテル類、「クラウ
ン」エーテル類、第三アミン類、例えばテトラメチルエ
チレンジアミン(TMEDA)、テトラヒドロフラン
(THF)、THFオリゴマー類、例えば米国特許第
4,429,091号などの中に記述されている如き線
状および環状オリゴマー状のオキソラニルアルカン類な
どが含まれる。
溶媒を仕込んだ後、上に記述した改質剤と開始剤溶液を
加えることによって、重合を開始させる。無水の嫌気性
条件下でこの操作を実施する。これらの反応体を約−3
0℃から150℃の温度に加熱して約0.15から24
時間撹拌する。重合が終了した後、1種以上の方法でそ
のポリマー生成物の停止を行う。例えば、プロトン系の
クエンチング剤を用いることで単官能ポリマー鎖を生じ
させることができる。水、蒸気またはアルコール、例え
ばイソプロパノールの中でクエンチングを実施するか、
或は他の適切な何らかの方法でクエンチングを実施して
もよい。
ーの停止を行うことで二官能ポリマーを生じさせること
も可能である。その例には、四塩化錫、Michler
のケトン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、
1−アルキル置換ピロリドン類、例えばメチル、1−メ
チル−2−ピロリドン、エチル、プロピル、ブチルな
ど、1−アリール置換ピロリドン類、例えばフェニルな
ど、特定のシッフ塩基などが含まれる。
5,066,729号(これの主題事項は引用すること
によって本明細書に組み入れられる)の中に記述されて
いる停止剤が含まれる。本発明の実施を単に試験停止剤
に限定するものでないことは理解されるべきである、と
言うのは、ポリマーに結合している炭素−リチウム部分
に反応性を示す他の化合物を選択して望まれる官能基を
与えることも可能であるからである。更に、以下に示す
実施例の中に示すように、カップリング剤を用いること
でそのポリマー鎖の両末端に官能基Xを持たせたポリマ
ー類を生じさせることによって、その後コンパンド化し
たポリマー類のヒステリシスを更に低くすることも可能
であり、このカップリング剤には、SnCl4、ジメチ
ルケイ素ジクロライド、ジハロアルカン類、例えばジブ
ロモエタンおよびジブロモキシレンなど、エステル類、
例えば安息香酸メチル、ホスホニトリリック(phos
phonitrilic)クロライドの三量体および四
量体などが含まれる。
約30から120℃の温度で約0.05から約2時間混
合することによるクエンチングを実施することで、反応
の完結を確保する。シッフ塩基などの如き官能化剤を用
いて停止させたポリマー類に、その後、アルコールを用
いるか或は本明細書の上に記述した如き他のクエンチン
グ剤を用いたクエンチングを受けさせる。
乾燥などを用いてそのポリマーから溶媒を除去するが、
ここでは、水、アルコールまたは蒸気を用いた凝固と組
み合わせて乾燥を行ってもよい。水または蒸気による凝
固を用いる場合、オーブン乾燥を行うのが望ましい可能
性がある。
を含んでいるか、或はカップリングを行う場合、その鎖
の停止末端のみでなくこのポリマー鎖の両末端に官能基
を含んでいる。これらの官能基は、カーボンブラックな
どの如きコンパンド化用材料に親和性を示し得る。この
ようなコンパンド化を行うことによって、低下したヒス
テリシスを示す製品がもたらされるが、このことは、こ
の製品が向上した反発弾性と低下した転がり抵抗を示す
と共に、機械応力を受けた時、低下した熱蓄積を示すこ
とを意味している。本発明のポリマー類は、タイヤ、パ
ワーベルトなどを含む製品の製造で有効性を示す。転が
り抵抗が低いことは、勿論、ラジアルと同様にバイアス
プライ型の空気入りタイヤにとって有益な特性であり、
従って、本発明の加硫性エラストマー組成物を用いてト
レッドストック、サイドウォール、ボディープライ、そ
してその他、上記タイヤの部品を生じさせることができ
る。
コンパンドに入れるゴム100部として利用可能である
か、或は通常に用いられている任意のトレッドストック
ゴムとこれらをブレンドしてもよく、このトレッドスト
ックゴムには、天然ゴム、合成ゴムおよびそれらのブレ
ンド物が含まれる。本発明のポリマー類を通常のゴムと
ブレンドする場合、このゴムの量が低い限りその量を幅
広く変化させることができ、この量には全ゴム量の約1
0から20重量%が含まれる。この最小量は主にその望
まれるヒステリシス低下度合に依存するであろうことは
理解されるであろう。
のポリマー類をコンパンド化することができ、このカー
ボンブラックの量は、ゴム100部当たり約5から80
重量部(phr)の範囲であり、約35から65phr
が好適である。公知の加硫剤を約0.1から10phr
の量で用いた通常様式で、その補強されたゴムコンパン
ドの硬化を行うことができる。適切な加硫剤の一般的開
示に関しては、Kirk−Othmer著「Encyc
lopedia of Chemical Techn
ology」、第3版、Wiley Intersci
ence、N.Y.、1982、20巻、365−46
8頁、特に390−402頁の「Vulcanizat
ion Agents and Auxiliary
Materials」を参考にすることができる。単独
もしくは組み合わせて加硫剤を用いることができる。
本明細書で官能化したポリマー類をカーボンブラックお
よび他の通常ゴム添加剤、例えば充填材、可塑剤、抗酸
化剤、硬化剤などと一緒にコンパンド化もしくは混合す
ることによって、本発明の加硫性エラストマー組成物を
製造することができる。上記エラストマー組成物に通常
のゴム加硫条件を用いた加硫化を受けさせると、低下し
たヒステリシス特性を示し得ることで、これらは、低下
した転がり抵抗を示すタイヤのためのトレッドゴムとし
て用いるに特に適合している。
製造およびそれが示す特性を示す目的で、実施例1から
18では、等モル量でジイソプロペニルベンゼンとヘキ
サメチレンイミンとを反応させることで2−(1−ヘキ
サメチレンイミノ)−プロピル−3−イソプロペニルベ
ンゼン(HMIPB)を生じさせることによって製造し
た前駆体である官能化剤を、不活性雰囲気下でs−ブチ
ルリチウムで処理することにより、官能開始剤の製造を
行った。次に、この開始剤を用いて、エラストマーの製
造を不活性雰囲気下の溶液中で行った。イソプロパノー
ルを用いたクエンチングまたはSnCl4を用いたカッ
プリングを停止反応に含めた。これらの開始剤を用いた
重合の実施では、上で述べたように、本発明の範囲から
逸脱しない限り、本技術分野で知られている種々の技術
を用いることができる。
反応槽を、n−ブチルリチウムが10ミリモル入ってい
るヘキサンを用いた濯ぎで処理した後、1,3−ブタジ
エンを500gそしてヘキサンを2000g仕込んだ。
等量で2−(1−ヘキサメチレンイミノ)−プロピル−
3−イソプロペニルベンゼン(HMIPB)とs−ブチ
ルリチウムとをヘキサン中1モル規定濃度で2時間25
℃で反応させ、続いてヘキサン中0.02モル規定にな
るように希釈した後、65℃で15分間加熱することに
よって、官能性を示す開始剤の製造を行った。この1ガ
ロンの反応槽に上記官能開始剤を4.5ミリモルの仕込
み量で加え、そして重合が完了するまで重合を50℃で
4時間進行させた。重合が終了した後、イソプロパノー
ルを用いてこの反応のクエンチングを行い、そしてドラ
ム乾燥でポリマーを回収した。この回収したポリブタジ
エンの分子量は140,700であり、そのMw/Mnは
1.31であり、そしてそのミクロ構造は、シス−1,
4−単位を36.5%、トランス−1,4−単位を5
2.7%、そしてビニル単位を10.8%含んでいた。
スチレンを100g、1,3−ブタジエンを400gそ
してヘキサンを2000g仕込んだ。等量でHMIPB
とs−ブチルリチウムとをヘキサン中0.02モル規定
濃度で15分間65℃で反応させることによって、官能
性を示す開始剤を生じさせた。次に、上記反応槽にこの
官能開始剤を4.5ミリモル仕込み、そしてランダム化
剤として、かつブタジエンモノマーが寄与する単位のビ
ニル含有量を高める目的で、2,2−ジ(テトラヒドロ
フリル)プロパンを2.25ミリモル仕込んだ。この重
合を55℃で2時間行った。イソプロパノールを用いて
この反応のクエンチングを行い、そしてドラム乾燥でS
BRコポリマーを回収した。このSBRコポリマーの分
子量は155,100であり、そのMw/Mnは1.31
であり、そしてブタジエンモノマーが寄与する単位内の
ビニル含有量は68.2%であり、そしてスチレンを2
1.9重量%含有していた。
行ったが、しかしながら、ここでは、4.5ミリモルの
n−ブチルリチウムのみから成る開始剤を用いた。この
回収したSBRコポリマーの分子量は134,800で
あり、そのMw/Mnは1.32であり、そしてブタジエ
ンモノマーが寄与する単位内のビニル含有量は69.3
%であり、そしてスチレンを22.2重量%含有してい
た。
ることを示す。表1に示すように、示した量でHMIP
Bとs−ブチルリチウムまたはn−ブチルリチウムとを
ヘキサン中0.10モル規定溶液内で10から15分間
95℃で反応させることによって官能開始剤の製造を行
った。追加的に、ランダム化剤として、かつブタジエン
が寄与する単位のビニル含有量を高める目的で、各触媒
系で2,2−ジ(テトラヒドロフリル)プロパンを0.
25ミリモル用いたが、但し実施例6で用いたランダム
化剤の量は0.2ミリモルのみであった。
応槽に、ヘキサン中0.1モル規定濃度で調製した官能
化開始剤を表1に示す反応量で仕込むと共に、改質剤を
仕込んだ。
65%1,3−ブタジエン/35%スチレンのブレンド
物を90から100℃で90から105分間かけて計量
して加えることで、重合を生じさせた。イソプロパノー
ル(i−PrOH)またはSnCl4カップリング剤を
用いて重合を停止させた後、ドラム乾燥でこのコポリマ
ー類を回収した。この回収したスチレン−ブタジエンコ
ポリマー類の特性を表1に示す。ポリマーの分析をGP
Cで行うことで分子量値を入手し、そしてNMRを用い
て、パーセントとして表すジエン単位の1,2−含有量
を入手すると共に結合スチレンおよびスチレンブロック
のパーセントを入手した。追加的に、実施例6および1
0で回収したコポリマー類はそれぞれ40%および66
%のカップリングを示した。実施例4は、通常のアニオ
ン重合を特徴づける対照である。
との50/50混合物から成るアニオン開始剤系を用
い、実施例4から10の操作に従って、半バッチ式重合
を行った。重合が消滅して、達成されたモノマーの変換
率は65%のみであった。
wのカーボンブラックおよび10pbwのナフテン油と
を標準的な硫黄硬化剤と一緒にコンパンド化した後加硫
を受けさせたコンパンド(実施例12)が示す50℃の
tan δは0.093であった。
行ったが、しかしながら、ここでは、上記官能化開始剤
をs−ブチルリチウムに置き換えた。実施例13では、
その回収した対照ポリブタジエンポリマーと50pbw
のカーボンブラックおよび10pbwのナフテン油とを
標準的な硫黄硬化剤と一緒にコンパンド化した。この元
のポリブタジエンは下記の特性:10%のビニル含有
量、94,200のMn、1.23のMw/Mn、を示し
ており、そしてその回収した加硫ゴムが示す50℃のt
an δは0.186であった。
リマーの各々を、50pbwのカーボンブラックおよび
10pbwのナフテン油と一緒にコンパンド化した後、
硫黄で硬化させた。実施例2のスチレン−ブタジエンコ
ポリマーをコンパンド化したコンパンド(実施例14)
が示す50℃のtan δは0.128であった。実施
例3のスチレン−ブタジエンコポリマーをコンパンド化
したコンパンド(実施例15)が示す50℃のtan
δは0.230であった。
を、このコポリマー100重量部当たり15pbwのナ
フテン油および48.5pbwのカーボンブラックと一
緒にコンパンド化した。実施例16で用いたコポリマー
は実施例4で回収したSBRコポリマーであった。実施
例17で用いたコポリマーは実施例7で回収したSBR
コポリマーであった。実施例18で用いたコポリマーは
実施例6で回収したSBRコポリマーであった。実施例
4のコポリマーを含んでいる実施例16(対照)が示す
50℃のtan δは0.179でありそしてこのコン
パンドが100℃で示すML4は61であった。実施例
17が示す50℃のtanδおよびこのコンパンドが1
00℃で示すML4は、それぞれ0.127および60
であり、そして実施例18が示すそれらはそれぞれ0.
108および87であった。
スが改良されたことを表すことから、本発明の開始剤を
用いて製造した実施例7および6のコポリマー類をそれ
ぞれ含んでいる実施例17および18が実施例16の対
照ポリマーに対して最も好ましいヒステリシス改良を示
すことが容易に分かる。
ノビニル芳香族モノマー類またはトリエン類とのコポリ
マー類を生じさせるための、ジエンモノマー類のアニオ
ン重合で、本発明の開始剤が有効性を示すことは、上記
実施例および明細開示から明らかであろう。その結果と
して生じるエラストマー状ポリマー類は、開始部位に官
能基を有していると共に、停止「リビング」末端の所に
リチウム原子を有している。クエンチングを行った後で
もまだこのポリマー類はその開始部位の所に官能基を保
持しており、これによって、カーボンブラックとの均一
で均質な混合が助長される。その結果として、これらの
ポリマー類を含んでいる加硫性エラストマーコンパンド
は改良されたヒステリシスを示し、これによって、タイ
ヤにおける転がり抵抗が低くなると共に、燃料経済性が
改良される。加うるに、このリチウムで停止させたポリ
マー類に、末端官能基を与える化合物を用いたクエンチ
ングを受けさせることができ、それによって、二官能ポ
リマー鎖を得ることができる。
2年12月22日付けで提出した共出願米国特許連続番
号995,118(これは引用することによって本明細
書に組み入れられる)の実施例3から12に開示されて
いるインサイチュー分散重合技術を利用して、スチレン
とブタジエンのゴム組成物を調製した。実施例19は比
較実施例であり、ここでは、n−ブチルリチウム開始剤
を用いた。実施例20では、(a)n−ブチルリチウム
と、(b)ピロリジンとジイソプロペニルベンゼンとを
等モル量で反応させた生成物とを、1:1のモル比で用
いて生じさせた開始剤(PYRPB)を用いた。実施例
21では、(a)n−ブチルリチウムと、(b)ピペリ
ジンとジイソプロペニルベンゼンとを等モル量で反応さ
せた生成物とを、1:1のモル比で用いて生じさせた開
始剤(PIPPB)を用いた。実施例22では、(a)
n−ブチルリチウムと、(b)ヘキサメチレンイミンと
ジイソプロペニルベンゼンとを等モル量で反応させた生
成物とを、1:1のモル比で用いて生じさせた開始剤
(HMIPB)を用いた。実施例23では、(a)n−
ブチルリチウムと、(b)ジエチルアミンとジイソプロ
ペニルベンゼンとを等モル量で反応させた生成物とを、
1:1のモル比で用いて生じさせた開始剤を用いた。回
収したスチレン−ブタジエンゴム(SBR)ポリマー類
が示す特性、並びに上記SBRポリマー類をゴム100
重量部当たり48.5重量部のカーボンブラックおよび
15重量部のナフテン油と一緒にコンパンド化して硫黄
で硬化させた加硫ゴムが示す特性を、表2に示す。
官能化剤および有機リチウム化合物に限定するものでな
くかつ個々の改質剤もしくは溶媒いずれかに限定するも
のでないことを理解すべきである。同様に、これらの実
施例は単にこの主題発明の実施を説明する目的で示した
ものであり、本発明の制限を構成するものでない。本分
野の技術者は、本明細書の上で行った開示に従って容易
に他のモノマー類および工程条件を選択することができ
るであろう。
も本明細書で開示して記述した本発明の範囲から逸脱す
ることなく容易に決定および調節可能であると考える。
更に、本発明の範囲は添付請求の範囲の範囲内に入る全
ての修飾および変形を包含している。
ある。
させて30から100重量%の量のジエンモノマーと0
から70重量%の量のビニル芳香族炭化水素モノマーと
を非プロトン溶媒中で重合させることを含む、低下した
ヒステリシスを示すポリマー類の製造方法において、該
アニオン開始剤が、式:
ルであり、そして残りのRa−Rf基は、独立して、水
素、1から6個の炭素原子を有するアルキルおよびシク
ロアルキルから成る群から選択される]で表されるジイ
ソプロペニルベンゼン(a)と第二アミンの窒素原子が
環原子として含まれておりそしてリチウムもしくはアル
キレン基に反応性を示す置換基または未置換環原子が本
質的に環に含まれていない複素環式環化合物(b)とを
反応させることによって生じさせた前駆体である官能化
剤(2)と、有機リチウム化合物(1)とを、反応させ
ることによって製造したアニオン開始剤である方法。
の環メチレン基を表し、そしてこれらのメチレン基の各
々が、独立して、置換されていないか、或はリチウムま
たはジイソプロペニルベンゼンに反応性を示さない置換
基で置換されている第1項の方法。
立して、置換されていないか、或はアルキル、シクロア
ルキル、アリール、アルコキシ、アリールアルキルおよ
びアルコキシアルキル基を含む群から選択される1個以
上の置換基で置換されている第2項の方法。
ピロリジン、ヘキサメチレンイミン、ドデカメチレンイ
ミン、モルホリン、チオモルホリン、N−メチル−ピペ
ラジン、N−アリール−ピペラジン、1−(2−ピリジ
ル)−ピペラジン、ピロール、3−ピロリン、ピラゾー
ル、イミダゾール、インドール、インドリンおよびプリ
ンから成る群から選択される第1項の方法。
シクロアルキル、アリール、アルコキシ、アリールアル
キルおよびアルコキシアルキル基を含む群から選択され
る1個以上の置換基で置換されている第4項の方法。
0から100重量%そしてビニル芳香族モノマーが寄与
する単位が0から70重量%含まれているエラストマー
において、このエラストマーが、式:
子が環原子として含まれておりそしてリチウムもしくは
アルキレン基に反応性を示す置換基または未置換環原子
が本質的に環に含まれていない複素環式環を表し、そし
てRは、1から約20個の炭素原子を有するアルキル、
シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリールお
よびアラルキル、並びにジオレフィンとビニルアリール
モノマー類から得られる単位数が約25以下の短鎖長で
低分子量のポリマー類、から成る群から選択される]で
表される末端基を含んでいるエラストマー。
の環メチレン基を表し、そしてこれらのメチレン基の各
々が、独立して、置換されていないか、或はリチウムま
たはジイソプロペニルベンゼンに反応性を示さない置換
基で置換されている第6項のエラストマー。
立して、置換されていないか、或はアルキル、シクロア
ルキル、アリール、アルコキシ、アリールアルキルおよ
びアルコキシアルキル基を含む群から選択される1個以
上の置換基で置換されている第7項のエラストマー。
ピロリジン、ヘキサメチレンイミン、ドデカメチレンイ
ミン、モルホリン、チオモルホリン、N−メチル−ピペ
ラジン、N−アリール−ピペラジン、1−(2−ピリジ
ル)−ピペラジン、ピロール、3−ピロリン、ピラゾー
ル、イミダゾール、インドール、インドリンおよびプリ
ンから成る群から選択される第6項のエラストマー。
ル、シクロアルキル、アリール、アルコキシ、アリール
アルキルおよびアルコキシアルキル基を含む群から選択
される1個以上の置換基で置換されている第9項のエラ
ストマー。
5から80重量部の量でカーボンブラックを追加的に含
んでいる第6項のエラストマー。
剤を追加的に含んでいる第6項のエラストマー。
ヤ、トレッドストック、サイドウオールまたはタイヤボ
ディープライ。
ーベルト。
在させて30から100重量%の量のジエンモノマーと
0から70重量%の量のビニル芳香族炭化水素モノマー
とを非プロトン溶媒中で重合させることを含む、低下し
たヒステリシスを示すポリマーの製造方法において、該
アニオン開始剤が、式:
ルであり、そして残りのRa−Rf基は、独立して、水
素、1から6個の炭素原子を有するアルキルおよびシク
ロアルキルから成る群から選択される]で表されるジイ
ソプロペニルベンゼン(a)と複素環式環にリチウムも
しくはアルキレン基に反応性を示す置換基または未置換
環原子が本質的に含まれていない、3から20個の環メ
チレン基を含んでいるアザシクロアルカン類、モルホリ
ン、チオモルホリン、N−低級アルキル−ピペラジン、
N−アリール−ピペラジン、1−(2−ピリジル)−ピ
ペラジン、ピロール、3−ピロリン、ピラゾール、イミ
ダゾール、インドール、インドリンおよびプリンから成
る群から選択される複素環式環化合物(b)とを反応さ
せることによって製造した前駆体である官能化剤(2)
と、有機リチウム化合物(1)とを、反応させることに
よって製造したアニオン開始剤である方法。
Liで表され、ここで、Rが、1から約20個の炭素原
子を有するアルキル、シクロアルキル、アルケニル、ア
ルキニル、アリールおよびアラルキル、並びにジオレフ
ィンとビニルアリールモノマー類から得られる単位数が
約25以下の短鎖長で低分子量のポリマー類、から成る
群から選択される第15項の方法。
ロペニルベンゼンとを反応させることによって該前駆体
である官能化剤を生じさせる第15項の方法。
ン、ピロリジン、ヘキサメチレンイミンおよびドデカメ
チレンイミンから成る群から選択される第15項の方
法。
ル、シクロアルキル、アリール、アルコキシ、アリール
アルキルおよびアルコキシアルキル基を含む群から選択
される1個以上の置換基で置換されている第18項の方
法。
せる段階が、該ジイソプロペニルベンゼンと該複素環式
環化合物とを少なくとも1対1の範囲の比率で反応させ
る段階を含む第15項の方法。
前駆体である官能化剤とを反応させる段階が、無水の非
プロトン溶媒の中に該有機リチウム化合物1ミリモル当
たり約0.2から3.0ミリモルの量で該前駆体である
官能化剤が入っている溶液を生じさせる段階を含む第1
5項の方法。
む第15項の方法。
ゴムを含む第15項の方法。
合である第15項の方法。
から成る群から選択されるポリマーにおいて、このポリ
マーが、式:
子が環原子として含まれておりそしてリチウムもしくは
アルキレン基に反応性を示す置換基または未置換環原子
が本質的に環に含まれていない複素環式環を表し、そし
てRは、1から約20個の炭素原子を有するアルキル、
シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリールお
よびアラルキル、並びにジオレフィンとビニルアリール
モノマー類から得られる単位数が約25以下の短鎖長で
低分子量のポリマー類、から成る群から選択される]で
表される末端基を含んでいるポリマー。
Claims (6)
- 【請求項1】 アニオン開始剤を触媒有効量で存在させ
て30から100重量%の量のジエンモノマーと0から
70重量%の量のビニル芳香族炭化水素モノマーとを非
プロトン溶媒中で重合させることを含む、低下したヒス
テリシスを示すポリマー類の製造方法において、該アニ
オン開始剤が、式: 【化1】 [式中、Ra−Rf基の2つはイソプロペニルであり、そ
して残りのRa−Rf基は、独立して、水素、1から6個
の炭素原子を有するアルキルおよびシクロアルキルから
成る群から選択される]で表されるジイソプロペニルベ
ンゼン(a)と第二アミンの窒素原子が環原子として含
まれておりそしてリチウムもしくはアルキレン基に反応
性を示す置換基または未置換環原子が本質的に環に含ま
れていない複素環式環化合物(b)とを反応させること
によって生じさせた前駆体である官能化剤(2)と、有
機リチウム化合物(1)とを、反応させることによって
製造したアニオン開始剤である方法。 - 【請求項2】 ジエンモノマーが寄与する単位が30か
ら100重量%そしてビニル芳香族モノマーが寄与する
単位が0から70重量%含まれているエラストマーにお
いて、このエラストマーが、式: 【化2】 [式中、R1−Nは、第二アミンの窒素原子が環原子と
して含まれておりそしてリチウムもしくはアルキレン基
に反応性を示す置換基または未置換環原子が本質的に環
に含まれていない複素環式環を表し、そしてRは、1か
ら約20個の炭素原子を有するアルキル、シクロアルキ
ル、アルケニル、アルキニル、アリールおよびアラルキ
ル、並びにジオレフィンとビニルアリールモノマー類か
ら得られる単位数が約25以下の短鎖長で低分子量のポ
リマー類、から成る群から選択される]で表される末端
基を含んでいるエラストマー。 - 【請求項3】 請求項2のエラストマーを含むタイヤ、
トレッドストック、サイドウオールまたはタイヤボディ
ープライ。 - 【請求項4】 請求項2のエラストマーを含むパワーベ
ルト。 - 【請求項5】 アニオン開始剤を触媒有効量で存在させ
て30から100重量%の量のジエンモノマーと0から
70重量%の量のビニル芳香族炭化水素モノマーとを非
プロトン溶媒中で重合させることを含む、低下したヒス
テリシスを示すポリマーの製造方法において、該アニオ
ン開始剤が、式: 【化3】 [式中、Ra−Rf基の2つはイソプロペニルであり、そ
して残りのRa−Rf基は、独立して、水素、1から6個
の炭素原子を有するアルキルおよびシクロアルキルから
成る群から選択される]で表されるジイソプロペニルベ
ンゼン(a)と複素環式環にリチウムもしくはアルキレ
ン基に反応性を示す置換基または未置換環原子が本質的
に含まれていない、3から20個の環メチレン基を含ん
でいるアザシクロアルカン類、モルホリン、チオモルホ
リン、N−低級アルキル−ピペラジン、N−アリール−
ピペラジン、1−(2−ピリジル)−ピペラジン、ピロ
ール、3−ピロリン、ピラゾール、イミダゾール、イン
ドール、インドリンおよびプリンから成る群から選択さ
れる複素環式環化合物(b)とを反応させることによっ
て製造した前駆体である官能化剤(2)と、有機リチウ
ム化合物(1)とを、反応させることによって製造した
アニオン開始剤である方法。 - 【請求項6】 ポリエチレンおよびポリスチレンから成
る群から選択されるポリマーにおいて、このポリマー
が、式: 【化4】 [式中、R1−Nは、第二アミンの窒素原子が環原子と
して含まれておりそしてリチウムもしくはアルキレン基
に反応性を示す置換基または未置換環原子が本質的に環
に含まれていない複素環式環を表し、そしてRは、1か
ら約20個の炭素原子を有するアルキル、シクロアルキ
ル、アルケニル、アルキニル、アリールおよびアラルキ
ル、並びにジオレフィンとビニルアリールモノマー類か
ら得られる単位数が約25以下の短鎖長で低分子量のポ
リマー類、から成る群から選択される]で表される末端
基を含んでいるポリマー。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US27636294A | 1994-07-18 | 1994-07-18 | |
US276362 | 1994-07-18 |
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JPH0848707A true JPH0848707A (ja) | 1996-02-20 |
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